一种气溶胶粒子浓度和尺寸分布的快速检测方法及其装置，形成一个含气溶胶粒子的气流；让上述气流通过至少一个电晕区，使气流中至少有部分待测气溶胶粒子在电晕区带上负电荷；在现场实际测量前，先预先测得电晕区的长度L，管径H和气流速度v0，查出或测出粒子的密度d，用具有确定直径D的气溶胶粒子气流进行标定实验，再进行实际测量，最后根据公式YN=22N-2kD2(22N-2-21-N)nN，已知YN、?k、D，求出各尺寸档的粒子数n；将各尺寸档的粒子数n分别乘上各档粒子的单个质量再求和，得到气流中总的粒子浓度值。通过本发明专利技术的方法可以方便、灵敏和快速地检测出空气或管道气流中气溶胶粒子的尺寸分布比例和浓度。
Method and apparatus for rapid detection of aerosol particle concentration and size distribution
An aerosol particle concentration and size distribution of the rapid detection method and device for forming a containing aerosol particle flow; let the air flow through the at least one corona zone, so that the air flow in at least part of the measured aerosol particles in the corona region with negative charge; in the field actual measurement before the first pre measured corona the length of L, diameter H and velocity V0, particle density measured or found D, calibration experiment has determined aerosol particle diameter of D flow and the actual measurement, finally, according to the formula YN=22N-2kD2 (22N-2-21-N) nN, YN, K, known? D, calculate n particle number of each size file n; particle number of each size respectively by a single file quality stall particle sum, get air particle concentration values of the total. The size, distribution, concentration and concentration of aerosol particles in air or pipe airflow can be conveniently, sensitively and rapidly detected by the method of the invention.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种气溶胶粒子的检测方法，特别是一种检测气溶胶粒子浓度和尺寸 分布的方法及其装置。
技术介绍
许多气溶胶粒子对人体有明显伤害，如非食用油(煤焦油，木焦油，矿物油和天 然浙青等)受热产生的油烟雾会造成严重的环境污染。以浙青油烟雾为例，凡加工，制造和 使用浙青，煤炭，石油及含浙青的物质，在加热和燃烧的过程中均会产生成分复杂的浙青油 烟气溶胶，由于严重污染空气，国家已规定了严格的排放标准(GB16^7-1996)。现有污染 源为80mg/m3，新污染源为40mg/m3。目前对这类油烟雾浓度的检测缺少完备的手段。专利 号为02221112. 8的中国专利提出一种检测样品中浙青含量的仪器，是将样品在仪器的燃 烧室中燃烧，用电子天平测量反应物后计算出相应浙青含量。该设备并不适合检测浙青油 烟气溶胶浓度。再以总悬浮颗粒物(TSP)或烟尘的检测为例，常规的方法是抽取一定体积的空气 通过已恒重的滤膜或滤筒，气流中的气溶胶粒子被阻留在膜上或筒中，由采样前后的重量 差及采样体积，可计算出TSP或烟尘浓度(如果有水分，需加热烘干后在称量)。对于可吸入 尘(飘尘，IP)，也可采用前述重量差法。此外，还有压电晶体振荡法和β射线吸收法。后 者是通过测定清洁滤带(未采尘)和采尘滤带对射线吸收程度的差异来测量采尘量的，由于 含尘空气的体积已知，故可计算出IP的浓度。从近年来这方面公开的专利看，快速检测或 监测TSP，IP或烟尘的技术发展较快，但大体趋势仍然集中在两个方向。一是利用气溶胶粒 子对各种光线(可见光，红外光，激光等)的作用(阻挡，吸收，漫反射等)，通过测量光线照射 前后的变化来获取气溶胶浓度的信息。如专利号为02804173. 9的高灵敏度的颗粒检测，专 利号为02232672. 3的烟尘浓度连续检测激光发射装置，专利申请号为01136683. 4的单端 不透明度法测尘装置，专利申请号为99103172. 5的带粒子传感器的烟尘探测器，专利号为 97119085. 2的烟尘检测器，专利申请号为93211786. 4的烟尘光电探测探头，专利申请号为 91202747. 9的便携式光电烟尘浓度检测仪，专利申请号为012Μ195. 8的烟尘、烟气排放监 测装置，专利号为96114134. 4的粉尘排放连续自动监测装置和专利号为94202316. 1的烟 尘黑度监测记录仪。这一类方法的局限是，当检测或监测环境较恶劣时(如烟道气流腐蚀性 强，水汽量大，粘性油烟浓度大)，检测误差增大，甚至仪器很快就会失效或损坏。另一发展 方向是β射线吸收法的优化或改进。如专利号为02200914.0的射线电离型烟、尘传感器， 专利号为99205791. 4的多功能烟尘、气探测枪和专利号为02238238. 0的β射线颗粒物烟 尘排放连续监测仪。除了由前一类方法的局限外，β射线源的价格和安全也会造成一些问 题。考虑到气溶胶粒子对人体健康危害程度的不同，有时还需测定粒子大小的分布。 粒子粒径的分布有两种表示方式，一是不同粒径的数目分布，一是不同粒径的重量浓度分 布。前者可用光散射式粒子计数器测定。后者可用根据撞击捕获原理制成的采样器分级捕集不同粒径范围的气溶胶粒子，再用称重法测定浓度分布。一般来讲，这些设备价格较贵， 检测过程复杂，受环境条件干扰较大，检测周期也长。申请人:曾于2006年4月25日提出了专利技术名称为《一种现场检测气溶胶粒子浓度 的方法及其检测仪》的专利申请，目前已授予专利权，专利号为2006102003813。使用该方 法和设备可方便、快速的对大多数气溶胶粒子的总浓度和粒径进行检测。但当气溶胶粒子 尺寸分布较分散时，该方法对粒子浓度的检测精确度还需要进一步提高，气溶胶粒子粒径 的分布也需更详细的测量和计算。对此，本专利技术对上述专利技术进行了进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术提供一种气溶胶粒子浓度和尺寸分布的快速检测方法及其装置，要解决当 气溶胶粒子尺寸分布较分散时，粒子浓度的精确检测问题，以及现有检测方法无法检测出 粒子粒径分布比例的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是这种气溶胶粒子浓度和尺寸分布的快速检测方法，检测步骤如下 步骤一，形成一个含气溶胶粒子的气流；步骤二，让上述气流通过至少一个管形电晕区，使气流中至少有部分待测气溶胶粒子 在电晕区带上负电荷；步骤三，在现场实际测量前，先预先测得电晕区的长度L，管径H和气流速度Vtl，查出或 测出粒子的密度d，用具有确定直径D的气溶胶粒子气流进行标定实验，确定该直径粒子在 电晕场中的运动时间内，能够从进口附近某处，刚好到达出口管壁处所需的电晕场电压P， 然后改变气流速度，重新测出在该气流速度Vtl下的对应该直径粒子所需的电晕场电压P，再 改变粒子直径D重新进行测量，得到气流速度，粒子直径和电晕场电压三者的经验公式 当气流速度为一定值V。，电晕场电压增大到1\时，L= 2 2N_2k D2(2 2N_2-2 1^Hn 式中N是粒子按直径划分的档次数； Y1, t，Y3,….. 为粒子在电荷收集网上放电的电量 H11H2,……nN为由小到大各尺寸档的粒子数； D为粒子直径；让是&与第N档次粒子浓度之间的比例系数； 将上述公式存入计算机，作为以后实测时候选用的参数；步骤四，进行实际测量，先测量气流速度，在气流速度较平稳的情况下，按此流速根据 上述实验参数选定一组电晕场电压Pk到IV从最低电压P1开始，测量出Y1,然后增加电压 到P2,测出Y2,逐次增加，直到电压Pn，得到Yn ；同时根据步骤三中的公式，求解Y1到Yn的N 个方程后得到H1, n2，……nN之间的比例关系，即各尺寸档粒子的数量比；步骤五，用本专利技术的方法与国家标准规定的非现场检测方法同时检测同一种气溶胶粒 子的浓度值，经本专利技术的方法测出Yn，并由国家标准规定的非现场检测方法得到第N档次 粒子浓度值；经比较找到\与第N档次粒子浓度值之间的对应关系，即比例系数k的值； 步骤六，最后根据公SYn= 2 2N_2k D2 (2 2N_2-2，已知Yn、k、D，求出各尺寸档的粒 子数η ；步骤七，已知不同种类粒子的密度或比重d，将各尺寸档的粒子数η分别乘上各档粒子的单个质量再求和，得到气流中总的粒子浓度值。所述步骤一，气溶胶粒子包括烹饪油烟雾，矿物油烟雾，工业生产产生的烟尘和烟 雾，大气中的沙尘，飘尘及可吸入颗粒物。所述步骤一，形成一个含气溶胶粒子的气流的方法包括对于静态或基本不流动 的空气，采用抽气泵抽取含气溶胶粒子的空气，形成所需气流；对于原本有一定流速的管道 内或管道外气流，不用气泵，直接让原气流进入电晕场，实现绝对的等速采样；对于管道内 气流速度过小的情况，仍需采用气泵抽取，形成达到一定流速的气流。所述步骤二中的电晕区由管状探头形成，管状探头的外壳内有一个接正高压的金 属管作为阳极和一个接负高压的金属丝作为阴极，在两电极之间形成至少一个电晕场，电 晕场气流出口附近有一个垂直于气流方向设置的电荷收集网。所述步骤三，确定在气流速度Vtl下对应该直径粒子所需的电晕场电压P的具体方 法如下方法一，通过实验直接测得所需的电晕场电压，先采用较小的电晕场电压，使电晕管壁 上不吸附任何粒子，然后慢慢逐渐增大电压，直到观察本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种气溶胶粒子浓度和尺寸分布的快速检测方法，其特征在于检测步骤如下：步骤一，形成一个含气溶胶粒子的气流；步骤二，让上述气流通过至少一个管形电晕区，使气流中至少有部分待测气溶胶粒子在电晕区带上负电荷；步骤三，在现场实际测量前，先预先测得电晕区的长度Ｌ，管径Ｈ和气流速度ｖ０，查出或测出粒子的密度ｄ，用具有确定直径Ｄ的气溶胶粒子气流进行标定实验，确定该直径粒子在电晕场中的运动时间内，能够从进口附近某处，刚好到达出口管壁处所需的电晕场电压Ｐ，然后改变气流速度，重新测出在该气流速度Ｖ０下的对应该直径粒子所需的电晕场电压Ｐ，再改变粒子直径Ｄ重新进行测量，得到气流速度，粒子直径和电晕场电压三者的经验公式：当气流速度为一定值Ｖ０，电晕场电压增大到ＰＮ时，ＹＮ＝ ２ ２Ｎ－２ ｋ Ｄ２（２ ２Ｎ－２－２ １－Ｎ）ｎＮ式中：Ｎ是粒子按直径划分的档次数；Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，…．．ＹＮ 为粒子在电荷收集网上放电的电量ｎ１，ｎ２，……ｎＮ 为由小到大各尺寸档的粒子数；Ｄ为粒子直径；ｋ是ＹＮ与第Ｎ档次粒子浓度之间的比例系数；将上述公式存入计算机，作为以后实测时候选用的参数；步骤四，进行实际测量，先测量气流速度，在气流速度较平稳的情况下，按此流速根据上述实验参数选定一组电晕场电压Ｐ１、 到ＰＮ；从最低电压Ｐ１开始，测量出Ｙ１，然后增加电压到Ｐ２，测出Ｙ２，逐次增加，直到电压ＰＮ，得到ＹＮ；同时根据步骤三中的公式，求解Ｙ１ 到ＹＮ 的Ｎ个方程后得到ｎ１，ｎ２，……ｎＮ之间的比例关系，即各尺寸档粒子的数量比；步骤五，用本专利技术的方法与国家标准规定的非现场检测方法同时检测同一种气溶胶粒子的浓度值，经本专利技术的方法测出ＹＮ ，并由国家标准规定的非现场检测方法得到第Ｎ档次粒子浓度值；经比较找到ＹＮ与第Ｎ档次粒子浓度值之间的对应关系，即比例系数ｋ 的值；步骤六，最后根据公式ＹＮ＝ ２ ２Ｎ－２ ｋ Ｄ２（２ ２Ｎ－２－２ １－Ｎ）ｎＮ，已知ＹＮ、 ｋ、Ｄ，求出各尺寸档的粒子数ｎ；步骤七，已知不同种类粒子的密度或比重ｄ，将各尺寸档的粒子数ｎ分别乘上各档粒子的单个质量再求和，得到气流中总的粒子浓度值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何宗彦，
申请(专利权)人：何宗彦，
类型：发明
国别省市：11
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